SÍNTESIS A MICROESCALA DE ÁCIDO FUMÁRICO

[Práctica 5: SÍNTESIS A MICROESCALA DE ÁCIDO FUMÁRICO.]

Objetivos

1. Comprobar la existencia de los isómeros geométricos mediante la obtención del ácido maleico (configuración cis) para transformar posteriormente parte de él en ácido fumárico (configuración trans), mediante la adición de HCl.

2. Diferenciar los isómeros geométricos del ácido 2-butenodioico.

Marco teórico

Isómeros. Son compuestos que tienen la misma composición atómica pero diferente fórmula estructural.

Isómeros geométricos. La isomería cis-trans (o isomería geométrica) es un tipo de estereoisomería de los alquenos y de los cicloalcanos. Se distingue entre el isómero cis, en el que los sustituyentes están del mismo lado del doble enlace o en la misma cara de los cicloalcanos, y el isómero trans, en el que están en el lado opuesto del doble enlace o en caras opuestas del cicloalcano.

Estereoisomeros. Son sustancias cuyas moléculas tienen el mismo número y átomos ubicados en el mismo orden, diferenciándose únicamente en el arreglo espacial de sus atomos.

Introducción

HCl

El mecanismo se inicia con una reacción ácido-base entre un carbonilo del ácido maleico y el HCl para dar (B). Esto facilita la deslocalización de los electrones π que conduce a la desaparición del doble enlace entre C2 y C3 originándose un carbocatión (C) con hibridación sp3 y un enlace simple, que permite el giro entre estos dos carbonos para dar (D). A continuación, por otra deslocalización electrónica, se regenera el doble enlace (E) y finalmente por una reacción de desprotonación, se obtiene el ácido fumárico (F).

Fundamento

El ácido maleico y el ácido fumárico normalmente no se pueden interconvertir por que la rotación alrededor de un doble enlace carbono-carbono no es enérgicamente favorable.

Al adicionarle ácido clorhídrico al ácido maleico este puede isomerizarse a ácido fumárico, su isómero trans (E), que es muy insoluble y de punto de fusión elevado. Para que pueda llevarse esta transición se necesita transformar un intermediado consistente en un carbocatión y carente doble enlace para que se pueda dar la rotación de los enlaces de carbono, formándose una estructura más estable.

Resumen experimental

En la experiencia 1

Como primer paso de esta experiencia se preparo una solución de ácido maleico en agua al 40%, posteriormente se tomaron 2ml de la solución para llevara a cabo la práctica. Los 2ml muestra se colocaron en un matraz de reacción y le adicionamos 4ml de ácido clorhídrico, generando de esta manera una reacción de tipo ácido-base entre el grupo carbonilo del ácido maleico y el HCl

El protón de hidrógeno del HCl es atraído por el oxigeno del grupo carbonilo del ácido maleico creando un grupo hidroxilo lo cual facilita la deslocalización de los electrones π , gracias a esto ocurre la desaparición del doble enlace presente entre los carbones C2 y C3.

Al desaparecer el doble enlace entre los carbones C2 y C3 se origina un carbocatión con una hibridación sp2, el tener un enlace simple permitirá el giro entre estos 2 carbonos.

Posteriormente se crea una nueva descolocación electrónica se regenera el doble enlace entre los carbones C2 y C3 y finalmente se crea una reacción de desprotonación para obtener tanto el ácido fumárico como el catalizador adicionado (HCl).

En la práctica cuando iniciamos el reflujo observamos una solución homogénea lo cual nos indicaba que estaba presente el ácido maleico ya que este es muy soluble en agua, sin embargo a lo largo de la reacción pudimos observar que esta solución paso de ser homogénea a heterogénea ya que comenzamos a observar dos fases estos sucedió ya que se genero el ácido fumárico el cual es insoluble en agua.

Discusión de resultados.

El ácido fumárico es termodinámicamente más estable que el ácido maleico, la estabilidad está relacionada con la estereoquímica alrededor del doble enlace C=C.

La solubilidad del ácido maleico es mayor a la del ácido fumárico, ya que al ser el acido maleico un isómero cis, sus grupos funcionales se encuentran relativamente cerca (aunque al mismo tiempo se encuentra repelándose debido a las fuerzas dipolo-dipolo) y por lo tanto se genera un momento dipolar relativamente elevado, lo cual permite que se creen mas fácilmente puentes de hidrógeno con la molécula del agua.

La primera constante de disociación del ácido maleico muestra un valor de pka=1.92 mucho menor

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